Ceramika to materiał, który ma wiele zalet w zastosowaniach elektrycznych i elektronicznych. Ceramika charakteryzuje się wysoką twardością, odpornością na wysokie temperatury, korozję i zużycie, niską gęstością, dobrymi właściwościami dielektrycznymi i piroelektrycznymi, a także możliwością tworzenia złożonych kształtów i struktur 1. Ceramika znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach, takich jak mikroelektronika, optoelektronika, fotowoltaika, termoelektryka, piezoelektryka, superprzewodnictwo, czy sensorystyka 2.

Jednym z ciekawych i perspektywicznych zastosowań ceramiki jest produkcja ogniw galwanicznych, czyli urządzeń, które przetwarzają energię chemiczną na elektryczną. Ogniwa galwaniczne są podstawowym elementem baterii, które stanowią nieodzowne źródło zasilania dla wielu urządzeń mobilnych i przenośnych, takich jak telefony, laptopy, zegarki, latarki, czy drony 3. Ogniwa galwaniczne składają się z dwóch elektrod zanurzonych w elektrolicie, które są połączone zewnętrznym obwodem elektrycznym. W trakcie pracy ogniwa zachodzą reakcje redoks między elektrodami a elektrolitem, które powodują przepływ elektronów przez obwód i generują napięcie elektryczne 4.

Ceramika może być wykorzystana do produkcji zarówno elektrod, jak i elektrolitu ogniw galwanicznych. Ceramika elektrodowa ma zalety takie jak wysoka przewodność elektryczna, stabilność termiczna i chemiczna, niska reaktywność i wysoka powierzchnia właściwa 5. Ceramika elektrolitowa ma zalety takie jak wysoka przewodność jonowa, niska przewodność elektronowa, wysoka selektywność jonowa i niska toksyczność 6. Stosowanie ceramiki w ogniwach galwanicznych może poprawić ich wydajność, trwałość, bezpieczeństwo i ekologiczność 7.

W niniejszym amatorskim artykule badawczym przedstawiam korzyści ze stosowania ceramiki przy produkcji ogniw galwanicznych, a także podam przykład zastosowania tej technologii przy konstruowaniu mobilnej baterii awaryjnej dla dronów, samochodów i motocykli e-mobility. Pokażemy, że ceramika jest nowoczesnym i innowacyjnym materiałem, który ma duży potencjał w rozwoju elektrochemii i energetyki.

Korzyści ze stosowania ceramiki przy produkcji ogniw galwanicznych

Ceramika ma wiele korzyści w porównaniu z tradycyjnymi materiałami używanymi do produkcji ogniw galwanicznych, takimi jak metale, polimery czy ciecze. Oto niektóre z nich:

• Wysoka wydajność. Ceramika może zapewnić wyższą gęstość energii i mocy, co oznacza, że ogniwa galwaniczne mogą przechowywać i dostarczać więcej energii elektrycznej przy mniejszej masie i objętości. Ceramika może również zmniejszyć straty energii spowodowane przez oporność wewnętrzną, polaryzację i samorozładowanie ogniw. Przykładem wysokowydajnych ogniw galwanicznych z ceramiką są ogniwa paliwowe, które przetwarzają wodór i tlen na wodę i elektryczność z bardzo wysoką sprawnością.

• Wysoka trwałość. Ceramika może wydłużyć żywotność ogniw galwanicznych, ponieważ jest odporna na degradację termiczną i chemiczną, która może zachodzić w trakcie pracy i przechowywania ogniw. Ceramika może również zapobiegać korozji, wyciekowi, pęcznieniu i pękaniu elektrod i elektrolitu, które mogą obniżać jakość i niezawodność ogniw . Przykładem trwałych ogniw galwanicznych z ceramiką są ogniwa litowo-jonowe, które mają długi cykl ładowania i rozładowania bez znacznego spadku pojemności.

• Wysokie bezpieczeństwo. Ceramika może zwiększyć bezpieczeństwo ogniw galwanicznych, ponieważ jest niepalna i nieulegająca zapłonowi, co zmniejsza ryzyko pożaru i wybuchu, które mogą być spowodowane przez nadmierny wzrost temperatury, zwarcie, uszkodzenie mechaniczne lub nadmierne ładowanie ogniw. Ceramika może również zapewnić lepszą izolację elektryczną i termiczną, co zapobiega przegrzaniu i przepięciu ogniw. Przykładem bezpiecznych ogniw galwanicznych z ceramiką są ogniwa litowo-polimerowe, które mają elastyczną i cienką warstwę elektrolitu, która zapobiega wewnętrznym zwarceniom i przeciekowi.

Przykład zastosowania ceramiki przy konstruowaniu mobilnej baterii awaryjnej dla dronów, samochodów i motocykli e-mobility ładowanej z gniazda zapalniczki i 230 V

Przenośna bateria awaryjna to urządzenie, które może dostarczać energię elektryczną do innych urządzeń w sytuacjach, gdy nie ma dostępu do sieci energetycznej lub gdy występują awarie zasilania. Przenośna bateria awaryjna może być używana do zasilania dronów, samochodów i motocykli e-mobility, które są coraz bardziej popularne i wymagają niezawodnego i wydajnego źródła energii.

Ceramika może być wykorzystana do konstruowania mobilnej baterii awaryjnej, która ma wiele zalet w porównaniu z tradycyjnymi bateriami. Ceramika może zapewnić większą pojemność i moc, co oznacza, że bateria może zasilać urządzenia przez dłuższy czas i z większą wydajnością. Ceramika może również zapewnić większą trwałość wyrobu.

Przykład zastosowania ceramiki przy konstruowaniu mobilnej baterii awaryjnej dla dronów, samochodów i motocykli e-mobility

Przenośna bateria awaryjna to urządzenie, które może dostarczać energię elektryczną do innych urządzeń w sytuacjach, gdy nie ma dostępu do sieci energetycznej lub gdy występują awarie zasilania. Mobilna bateria awaryjna może być używana do zasilania dronów, samochodów i motocykli e-mobility, które są coraz bardziej popularne i wymagają niezawodnego i wydajnego źródła energii. 

Ceramika może być wykorzystana do konstruowania mobilnej baterii awaryjnej, która ma wiele zalet w porównaniu z tradycyjnymi bateriami. Ceramika może zapewnić większą pojemność i moc, co oznacza, że bateria może zasilać urządzenia przez dłuższy czas i z większą wydajnością. Ceramika może również zapewnić większą trwałość wyrobu.

Źródło 1: Artykuł badawczy oparty na analizie "Advanced Ceramics for Energy Conversion and Storage" autorstwa D. Zhu i in., opublikowane w "Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering", numer 9, 2018, strony 453-477
W przywołanym artykule autorzy dokładnie analizują nowatorskie zastosowania ceramiki w różnych aplikacjach elektrochemicznych, w tym w produkcji ogniw galwanicznych oraz baterii awaryjnych. Praca ta skupia się na eksploracji właściwości ceramiki, takich jak jej przewodność elektryczna, stabilność chemiczna i termiczna, oraz sposobach, w jakie te właściwości mogą być wykorzystane do poprawy wydajności i trwałości urządzeń elektrochemicznych. Autorzy przedstawiają również przegląd najnowszych osiągnięć w dziedzinie ceramiki elektrochemicznej oraz wskazują na potencjalne kierunki dalszych badań i rozwoju tej gałęzi nauki.

Źródło 2: Artykuł badawczy oparty na analizie “Ogniwo galwaniczne” z Encyklopedii PWN

W przywołanym haśle encyklopedycznym autorzy wyjaśniają, czym jest ogniwo galwaniczne, jak działa i jak go opisywać. Przedstawiają również historię odkrycia i rozwoju tego typu urządzeń, a także podają przykłady ogniw komercyjnych, stężeniowych i redoksowych. Artykuł ten zawiera również schematy, definicje i wzory związane z ogniwami galwanicznymi, takie jak siła elektromotoryczna, potencjał elektrodowy czy reakcje elektrodowe.
Załącznik 3: Artykuł badawczy oparty na analizie “Baterie do dronów - Sklep x-kom.pl”
W przywołanym artykule autorzy prezentują ofertę sklepu x-kom na baterie do dronów różnych producentów, takich jak DJI, Autel czy Silver Monkey. Opisują parametry techniczne i cenowe poszczególnych modeli, takie jak kompatybilność, rodzaj i pojemność ogniwa, napięcie, moc czy żywotność. Artykuł ten zawiera również porady dotyczące wyboru i użytkowania baterii do dronów, a także informacje handlowe.

Załącznik 4: Artykuł badawczy oparty na analizie “Jak działają ogniwa: galwaniczne, paliwowe i słoneczne?” z Zintegrowanej Platformy Edukacyjnej
W przywołanym artykule autorzy omawiają zasadę działania trzech rodzajów ogniw prądu stałego: galwanicznych, paliwowych i słonecznych. Wyjaśniają, jak w każdym z nich zachodzi przemiana energii chemicznej lub promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Przedstawiają również podobieństwa i różnice między tymi ogniwami, a także ich zalety i wady. Artykuł ten zawiera również materiały dodatkowe, takie jak film, samouczek, test i zadania.

____________________________
Skontaktuj się z autorem artykułu.